Виртуалды әлем және анимация бойынша 3D көрініс

Кіріспе
Қоғамның әр түрлі саласында біз үшөлшемді графикамен кездесеміз. Бұл журнал бетіндегі суреттерді форматтау да, видео-роликтегі жарнамалар болсын, т.б. Интернеттеде барлық сайттардағы жарнамалар 3 өлшемді графикасыз болмайды. Ең көп пайдаланатын қазіргі заман компьютерлік ойындары үшін, киноматографияда, телевиденияда, баспа өнімдерін шығаруда. Виртуалды өмір мен ғаламтор өміріміздің маңызды бөлігіне айналып, көптеген құрылымдар мен кәсіпорындардың негізі болып отыр.
Сонымен қатар, бүгінде бұлттық есептеу және мобильді қосымшаларды құру саласындағы революциялық қозғалысы біріңғайланған коммуникациялар өте танымал және кеңінен талқыланатын тақырып болды. Біріңғайланған коммуникацияларды енгізу пайдаланушыларға дауыстық байланыс үшін қосымшалар бірігуі саласында бағдарламалармен тез алмасу артықшылықтарын берді.
СӨЖ-дің мақсаты 3D технологиялардың қолжетімділігін, мобильді технологиялар мен бұлттық есептеулердің қазіргі таңдағы маңыздылығын көрсету. Бұл жұмыс үш өлшемді графиканы, виртуалды әлем, анимацияның 3D графикасында көрсетілуін және виртуализация тақырыптарын қамтиды.
3D графика және оның анимациядағы көрінісі
Компьютерлік графика компьютер арқылы графикалық бейненің жасалу және өңделу әдістерін оқытады. Компьютерлік графикамен жұмыс жасауға арналған ПК-ның түрлері өте көп, жалпы коипьютерлік графиканың негізгі 4 түрін ажыратады:
Векторлық графика;
Растрлық графика;
Фракталды графика;
Үш өлшемді графика.
Компьтерлік графиканың 4 түрі бір-бірінен бейнені қағазға басып шығару немесе монитор экранында бейнеленгеніндегі форматтау принципіне сәйкес ажыратылады.
Үш өлшемді графика ғылыми есептеулер, инженерлік жобалау және физикалық объектілерді компьютерде үлгілеу облыстарында кең таралған. 3D анимация және моделдеу соңғы жылдары тез қарқынмен дамып, кең ауқымды қолданысқа түсті. Бұл, сөзсіз, өнердің жаңа саласы кино, мультипликация, рекламмалық роликтер дайындау, ойын жасау және түрлі презентациялар жасаудан бастап, сәулет өнері мен инжинерияда және көптеген т.б салаларда қолданылады. 3 қатпарлы моделдеу мен анимацияны түрлі этаптарға бөліп қарастырамыз.
Жалпы 3D анимацияның не екенін түсіну үшін көзіңіздің алдында тұрған барлық заттарды кеңістікке (декарттық X, Y, Z кеңістігі) жайғастырыңыз. Сонда әрбір заттың белгілі бір координатасы бар нүктелерден және түрлі өзінен кіші фигуралардан (сызық, эллипс, куб т.б) құралғанын байқайсыз. Міне 3D модельдеу және оны анимациялау негізінде осы принципке жасалған, яғни аса күрделі заттарды қарапайым нүктелер не фигуралар көмегімен кеңістікте құрастыр .
Мысалы: компьютер мониторының өзі бірнеше сызықтар мен төртбұрыштардан құралған. Ал одан әрі оны кіші бөліктерге бөлсеңіз, оның аса кіші төртбұрыштардан, яғни нүктелерден тұратынын байқайсыз. Бұдан келіп шығатын ой: белгілі координаталарда орналасқан нүткелерге түс беру арқылы, кеңістікте кез-келген фигураны жасап шығуға болады.
3D модельдеу үшін түрлі бағдарламалар пайдаланылады. Олар біздің жұмысымызды жеңілдету үшін, майда жұмыстарды автоматты түрде жасайды, тіпті кейбір бағдарламалар аса қиын функцияларды да іске асыра алады.
Енді сол бағдарламаларда жұмыс қалай жүретінін қарастырайық. Ол жұмысты мынадай бөліктерге бөлуге болады:
1) Моделлинг — бұл ең алғашқы этап және ең негізгі деп айтсақ та болады, себебі мұнда бүкіл фигуралар детализация жасалады. Қоршаған орта, жер бедері, кейіпкерлер болса солардың бейнесі барлығы осында жасалады. Бұл этапта дайын болған фигуралар 3 қатпарлы модел деп аталады. Бұл модельдің әлі түсі, жасайтын қимылдары жоқ. Барлық нәрселер сұр-ақшыл түсте. Модельдерді жасау үшін бізге 3D бағдарламалар кез-келген фигураны бір-біріне қосу, кесу, деформация жасау сынды кең ауқымды мүмкіндіктер береді. Оларды қолданып модель жасау тек жасаушының таланты мен тәжрибесіне және, әрине, оның фантазиясына тәуелді.
2) Текстуринг — бұл этапта 3D модельдер нормалдар картасына бөлініп, яғни барлық модельдің фигуралары жазықталып, керекті түстерге боялады. Бұл процессті мынадай көзге елестетсе болады: кез-келген фигураның беткі бөлігін (терісін) сылып алып, оны жайып, керекті түске бояп, қайтадан фигураның бетіне жабыстыру сынды. Бұл этаптан өткен соң объектілерге шынайы түр енеді, яғни олардың сыртқы көрінісі шын өмірдегіге қатты жақындайды.
3) Риггинг — бұл процессті былай сипаттаса болады қимылдайтын фигуралардың сүйектерін жасау. Яғни, бұл этапта барлық қимылдайтын фигураларға сүйектер енгізіледі. Бұл сүйектер фигураны қимылға келтіру үшін керек, яғни модельдің әрбір бөлігін белгілі бір сүйекке бағынышты етіп қойып, сол сүйекті қимылдатқанда сол сүйекке бағынышты бөлік қимылға келеді.
4) Анимациялау — бұл этапта барлық дайын модельдер қимылға келтіріліп, анимация жасалады. Жоғарыдағы риггингте жасаған сүйектеріміз осында кеңінен қолданылады.
5)Рендеринг — бұл этапты екі түрге бөлуге болады: 1) Сурет рендерлеу 2)Видео рендерлеу. Сурет рендерлеу бұл модельдерді текстуралап болған соң оны белгілі бір ракурстан (бір камерадан) суретке түсіру. Ал видео рендерлеуде модельдерді бірнеше, я одан да көп камерелар көмегімен түлі ракурстан қимылдап жатқан кезінде бейне түсірілім жасау.
Бұл соңғы этап компьютерге аса үлкен ауырлықтар түсіреді, сондықтан ең ұзақ этап болып естептеледі. Егер рендеринг супер компьютерлерде орындалмаса, бұл процесс ондаған жылдарға, тіпті ғасырларға созылуы мүмкін. Мысалға: Шрек 3 мультфилмінің рендерингі 20 миллион сағатты алған. Ескеретін жайт: мұнда 1000 линуксте істейтін дербес компьютерлер және 3000 мың линукстегі серверлер күші қолданылған.
Үш өлшемді графикаларды өңдейтін бағдарламалар
Үш өлшемді графиканы дербес компьютерде өндейтін бағдарламалық құралды үш пакет құрайды. Олар Windows операциялық жүйесімен басқарылатын машиналар нәтижесінде жұмыс жасайды.
Microsoft компаниясының Softimage 3D бағдарламасы.
Бастауында SGI жұмыс станциялары үшін жасалған және жуырдан бастап Windows NT операциялық жүйесіне арналып өзгерді. Бағдарлама үлгілеудің көп мүмкіндіктерімен, физикалық және киноматографикалық параметрлерді басқарудың көп санымен ерекшелінеді. Рендеринг үшін сапалы және жылдам Mental Ray үлгісі қолданылады. SGI арнайы графикалық станция әлемінде бұл бағдарлама де — факто стандарты болып есептелінеді, IBM PC платформасында салмақты болып көрінеді және қуатты аппараттық ресурстарды талап етеді. Тұйық пакет, ақпарат тек ағылшын тіліне ғана, Россияда тек 2002 жылы пайда болды. Прогулки с динозаврами фильмі жасалынған.
3D max бағдарламасы
3D Max бағдарламасы кез-келген керекті обьектінің моделін және сплайндік моделін құруды, натюрморттарды визуалдау арқылы түс беруді, берілген объектіні хромдауды және олардың көлеңкесін шығаруды, лазерлік сәуле түсіруді, фрагменттер мен кадрларды қозғалту арқылы анимациялауды, динамикалық эффектілер көмегімен судың толқыны мен желдің бағыттарын жасауды, адамның келбеті мен шаштарын Hair and Fur эффектісімен жүзеге асыруды және тағы да басқа да көптеген мысалдарды құруға мүмкіндік береді. Геометриялық фигураларды үшөлшемді түрде құрып олардың кескіндерін қалай етіп шығуын көруге болады.
Мүмкіндіктер және интерфейс тұрғысынан революциялық болып әйгілі компаниялардың (Alias, Wavefront, TDI) консорцимымен
Пакеттің әртүрлі операциялық жүйеге соның ішінде Windows NT арналған нұсқалары бар, ол үлгілеуден құрылған және келесі бөліктерден тұрады:
— Base — бағдарламаның ядросынан тұрады. Үлгілеудің негізгі құралдарын, инверстік книматиканы, дыбысты жөндеу, физикалық қатты денелердің бейнесін жасау, қимылды рендерингді және әсерлердің негізгі жиынын басып алуды қолдайды.
— Maya FX — бөлшектердің жүйесін және жұмсақ денелердің ара қатынасу физикасын үлгілеуді жөндеу әсерлерін қолдайтын қосымша үлгілердің жиыны.
— Maya Power Modeler- объектілердің полиногольды және сплайндық үлгілеуінің қуатты құралдарынан тұрады.
— Maya Artisan- виртуалды үлгіні мүсінші және суретшілердің шынайы жұмысына тән әдіспен жөндеуге мүмкіндік беретін алдынғы модуль. Мысалы объектінің бетіне «кистімен» сурет салуға, бетті тегістеп немесе «мүмкін кескіштермен» кедір-бұдырлы қалдырмауға мүмкіндік береді.
— Maya Cloth- киімді үлгілеуге арналған.
— Maya Fur- жүнмен жабылған беттерді немесе аң терісін бейнелеуге арналған модуль.
— Maya Live- шынайы съемкаларды компьютерлік анимациялармен байланыстыратын сценариялық модуль. Maya құралдары төрт топқа бөлінген: Animation (анимация), Modeling (үлгілеу), Dynamic (физикалық үлгілеу), Rendering (визуализация). Ыңғайлы бапталатын интерфейс заманның талабына сай орындалады. Бүгінгі күні үш өлшемді графиканың дербес компьютері үшін өндеу және жасау құралдарының класының ішінде алдыңғы пакет болып табылады.
Blender бағдарламасы
3 қатпарлы модельдеуді үйренуді Blender 3D бағдарламасында бастау тиімді. Себебі бұл бағдарлама тегін және өзінің мүмкіндіктерінде ақылы бағдарламалардан кем түспейтін жалғыз бағдарлама.
Blender — үшөлшемді компьютерлік графиканы құруға арналған еркін пакет, ол өзіне модельдеу, анимация, рендринг, видеоны постөңдеу мен қатар интерактивті ойын құру құралдарын қоса қамтиды. Кәсіби жасаушы пәрмендердің (команда) арқасында және жылдам әрі тұрақты дамуының әсерінде бұл пакет қазіргі таңда тегін 3D редакторлары арасында айырықша қолданысқа ие.
Басқа атақты 3D-модельдеу пакеттерімен салыстырғанында Blender пакетінің сипатамлалық ерекшелігі — көлемі жағынан шағындығы. Базалық жеткізілімге кең өрісте алған құжаттамалар және көп мөлшерде демонстрациялық көріністер кірмейді. Бұл бағдарламаның мүмкіндіктері:
Әртүрлі геометриялық қарапайымдықты, полигондық модельдерді қоса алғандағысын, subdivision surface (SubSurf) тәртібіндегі жылдам моделдеу жүйесін, Безье қисығын, metaballs (метасфера) мүсін моделдеуді және векторлық шрифттерін қабылдауы;
Универсалды кіріктірме механизмдерінің рендрингі және сыртқы YafRay, LuxRender рендермен және басқаларыменен интеграциалануы;
Анимация құралдары, солардың арасынан инверстік кинематика, қаңқалық анимация және торлық деформация, негізгі кадр бойынша анимация, сызықтықемес анимация, төбені салмақтық коэфициент редакциясы, шектегіш, жұмсақ денелердің динамикасы, физикалық Bullet қозғалтқышының негізіндегі қатты денелердің динамикасы, бөлшек негізіндегі шаш жүйесі және шаш негізіндегі бөлшек жүйесі;
Python — ды құрал мен түптұлғаларды амалмен құрғанға, ойындардағы логиалық жүйелерді амалмен құрғанға, импортэкспор файлдарын (Мысалы, COLLADA) амалын құрғанға, есептерді автоматтандыруды құрғанға қолданады;
Сызықты емес редакциялаудың базалық функциясы және видеоны құрамдастыру;
Game Blender — Blender — дің қосымша жобасы, ол коллизияны анықтайтын, динамиканың қозғалтқышы және программалайтын логиканың интерактивті функциясын ұсынады. Және де ол сәулеттік визуализациядан бастап видео ойынға дейін бөлек reak-time қосымшасын құруға жағдай тұғызады.
Қосымша ерекшеліктері мен артықшылықтары:
Blender бағдарламасында объект (болмыс, сыртқы дүниемен өзара байланысу) және оның мәліметтері (форма және объект функциясы) болып бөлінеді. Объект — Мәлімет қатынасы 1: n қатынасын көрсетеді және өз-өзімен динамикалық байланыста. Сол себепті кейбір процесстер үшін Blender жылдам әрі бірегейлі.
Ішкі файлды жүйесі, ол бірнеше көріністерді (сценаны) бір файлға сақтай алады. (.blend файл деп атайды)
«.blend» файлы ескі нұсқада болсын, не жаңа нұсқалы Blender болсын, барлығына үйлеседі. Сондай-ақ, бір платформадан басқа платформаға көше алады.
Барлық жұмыс уақытысында Blender жобалардың резервтік көшірмесін жасап тұрады, демек төтенше жағдайда мәліметтерді дереу сақтап отырады.
Барлық көріністерді (сцена), объектерді, материялдарды, текстураларды, дыбыстарды, суреттерді, post-production эффектілерін бірыңғай «.blend» файлына сақтай алады.
Жұмыс ортасының икемдеуін «.blend» файлында сақтауға болғандықтан, соның арқасында файлды қайта жүктегенде, сол сақтаған жұмыс ортасы қайтадан шығады.
Кемшіліктері
Құжаттаманың базалық жеткізілімнің жоқтығы;
HiDpiні қолдауының жоқтығы;
Актуаторлар, контреллерлер және сенсорлар мөлшерінің аздығы;
Виртуалды шындық
Виртуалды шындық (лат. virtus — ақиқат) — компьютерлік техниканың негізінде кеңістіктік-уақыттық континиумды адам тілектеріне сай өзгертіп, жаңа әлемді, шындықты — қолдан жасалған құрылымды қалыптастыру нәтижесі. Виртуалды шындық сөздің тар мағынасында электронды көзәйнек киіп алғаннан кейін пайда болатын ойындық немесе техникалық қажетті жасанды шындыққа жатады. Бұл жағдайда сана компьютер құрастырған мүмкін әлемге енеді, онда виртуалды түрде көріне, сезіне және әрекет ете алады. Сөздің кең мағынасында виртуалды шындық — бұл сананың кез келген өзгертілген түрлері: жүйкелік шатасу, наркотиктік немесе шараптық мас болу, гипноздық қалып, наркоз, ұзақ уақыт тар кеңістікте қалған адамдардағы психикалық өзгерістер (түрмедегілер, су асты кемелеріндегі т.б.). Қазіргі уақытта бұл салада көптеген жұмыстар жасалып жатыр. Оның ішінде ең танымалысы Палмер Лаки ашқан Oculus VR компаниясы. Бұл компания 2012 жылы тамыз айында Kickstarter сайты арқылы бір-екі сағатта 250 000 доллар тапса, 2014 жылының наурызында гигант Facebook Oculus VR-ды 2 миллиард долларға сатып алады. Компания негізін салушысы 21 жастағы Палмер Лаки осы уақытта ең бай адамдардың қатарына жатады.
Виртуал әлем технологиясын әр-түрлі бағыттарға қолдануға болады. Оның ішінде ең перспективті көрінетіндері симуляторлар және медицина саласы. Виртуалды симуляторлар ұшқыштар мен АЭС операторларын оқыту мен дайындауға үлкен көмек бере алады. Себебі, бұл жұмыстарда қатерлі жағдайға түсуге үлкен тәуекел бар. Мысалы, Бүкіл денеге арналған ұшу симуляторы «Birdly». Бұл жабдық арқылы өзінді аспандағы құс тәрізді елестете аласын.
Медицина саласында да виртуалды әлем технологиясын көптеген жағдайларда қолдануға болады. Оның ішінде фобия, оңалту, ауыру сезімін жеңілдету және басқа да қабылдау және есте сақтау қабілетке қатысты қиындықтарды емдеу үшін қолданылады. Мысалы, SpiderWorld ойыны арахнофобия ауруын емдеуде пайдаланады.
Виртуализация
Физикалық серверлердің ресурстарын виртуалдау- оларды әрқайсысы өзіне ғана белгіленген ресурсты көретін қосымшалармен бөлуге мүмкіндік береді, және өзіне жеке сервер бөлінген деп санайды. Яғни, бұл жағдайда өнімділікті, қолжетімділікті және сервер қосымшаларының қауіпсіздігін төмендетусіз, бір сервер бірнеше қосымшалардың амалын орындайды. Виртуалдандыру негізінде бір компьютердің оның ресурстарын бірнеше орталарға бөлу арқылы бірқатар компьютерлер жұмысын атқара алуы жатады. Ол үшін алғашында физикалық компьютерге гипервизор операциялық жүйесі орнатылады. Кейін, гипервизор үстіне бір немесе бірнеше қонақтық операциялық жүйелер орнатылады. Энергия үнемдеу мен ақпараттық ресурстарды тиімді пайдалану арқылы шығындарды азайтумен қатар, виртуалды инфрақұрылым ресурстардың жоғарғы деңгейдегі қолжетімділігін неғұрлым нәтижелі басқару жүйесін жоғарлататын қауіпсіздік және сыни жағдайларда жақсартылған қалпына келу жүйесін қамтамасыз етеді.
Кең мағынада, виртуалдандыру тұжырымдамасы қандай да бір процестің немесе объектінің пайдаланушыдан шынайы орындалуын жасыруды көрсетеді. Виртуалдау өнімі пайдалануға ыңғайлы нәрсе болып көрінгенімен, шын мәнінде ол объектімен жұмыс кезіндегі құрылымынан неғұрлым күрделі немесе мүлдем басқа құрылым болып табылады. … жалғасы